魯剛

（甘肅省金昌市永昌縣四壩水利管理處，甘肅金昌737200）

1 引言

水利工程是我國重要的基礎(chǔ)設(shè)施， 其中渠道工程及渠系建筑物數(shù)量較多，易出現(xiàn)滲漏問題，導(dǎo)致渠系失水。 近年來，國內(nèi)外對(duì)渠道工程及渠系建筑物防滲漏施工技術(shù)的研究逐漸深入，相應(yīng)工程措施相對(duì)較多，在水利工程發(fā)展建設(shè)過程中發(fā)揮了巨大作用。 此次研究以實(shí)際工程項(xiàng)目為例，針對(duì)渠道防滲漏施工技術(shù)要點(diǎn)展開探討，不僅為相關(guān)理論研究提供研究案例，而且為類似工程提供參考。

2 工程概況

本文以甘肅省永昌縣西河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目2017 年度工程為例，西河灌區(qū)位于甘肅省河西走廊東段，永昌縣城西部，距永昌縣城約60 km。 灌區(qū)總土地面積2 640 km2，可耕地約為400 km2，系祁連山、大黃山前沖洪積傾斜平原。 地理坐標(biāo)北緯38°08′～38°24′，東經(jīng)101°23′～101°54′，灌區(qū)東西長32 km，南北寬約18 km，海拔高程為1 980～2 670 m，灌區(qū)地勢(shì)由西南向東北傾斜，自然縱坡1.7%～2.0%，地勢(shì)較平坦。灌區(qū)內(nèi)土壤類型為灰黃平土和黃平土，下覆戈壁砂卵礫石層，土地資源豐富，土壤肥沃。 據(jù)永昌縣氣象資料顯示，年平均氣溫5.0 ℃，極端最高氣溫35.1 ℃，極端最低氣溫-28.3 ℃，年降水量201.7 mm，年蒸發(fā)量1 990 mm，年日照時(shí)數(shù)2 959 h，多年平均風(fēng)速3.0 m/s，最大風(fēng)速20 m/s，多年平均降雪35.6 d，無霜期293 d，最大凍土深度1.59 m。

永昌縣西河灌區(qū)屬大型灌區(qū)，河水灌溉，現(xiàn)狀水利工程設(shè)施包括：中型水庫1 座（西大河水庫總庫容6 800 萬m3），小型水庫1 座(大泉水庫庫容120 萬m3），渠首引水樞紐1 座，渠首設(shè)計(jì)引水流量25 m3/s，建成干、支渠196 條，總長463.149 km，建筑物3 316 座；建成斗農(nóng)渠3 570 條，總長1 841.5 km，建筑物20 795 座。

3 渠道及渠系建筑物防滲漏施工技術(shù)措施

3.1 混凝土防滲

混凝土防滲技術(shù)是當(dāng)前渠系滲漏施工中常用的技術(shù)手段，主要由砂、石、水泥，摻加劑等材料構(gòu)成，該技術(shù)的主要應(yīng)用原理是通過在渠床表面鋪設(shè)混凝土，進(jìn)而形成防滲層，混凝土本身不易透水，具有較好的防水防滲效果。 渠道滲漏量可按照達(dá)西定律進(jìn)行計(jì)算，如式（1）所示：

式中，V 為滲流速度；J 為滲透坡降；K 為滲透系數(shù)。

該技術(shù)的主要應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于防滲效果較好， 能有效減少85%的滲水量，將水資源利用率提高至97%，且耐久性較高，使用壽命達(dá)20 年以上， 采用該防滲技術(shù)的渠道水流速度為3.5～6.0 m/s，但技術(shù)成本較高，若在高寒地區(qū)使用需做好防凍措施。 在實(shí)際施工過程中需注意以下要點(diǎn)。

1）應(yīng)選擇預(yù)制等厚板進(jìn)行施工，以便控制施工質(zhì)量，提高施工便利性。

2）對(duì)于變形較嚴(yán)重的渠基，無須進(jìn)行地基處理，應(yīng)采用楔形板與助梁板等進(jìn)行加厚處理。

3）在該技術(shù)應(yīng)用過程中，接縫較多，故應(yīng)加強(qiáng)接縫處理[1]。

3.2 砌石防滲

砌石防滲技術(shù)主要應(yīng)用優(yōu)勢(shì)為防滲效果較好、 抗沖擊能力強(qiáng)，且施工簡(jiǎn)單、耐久性好、外形美觀，使用年限達(dá)25 年以上；劣勢(shì)為勞動(dòng)力需求量大、材料用料多。 而當(dāng)?shù)睾拥缹?shí)施采砂治理，導(dǎo)致原材料不足，無法進(jìn)行施工作業(yè)。 常見砌石防滲技術(shù)包括卵石襯砌和塊石襯砌兩種。 卵石襯砌的主要原理是通過卵石強(qiáng)化防沖擊效果， 并在使用期間由泥沙不斷填充卵石縫隙，在水中礦物質(zhì)的硬化等作用下形成穩(wěn)定防滲層，以此達(dá)到防滲漏效果。 塊石襯砌要求石料堅(jiān)硬、平整、無裂紋，為保障施工效果， 優(yōu)選長、 寬、 厚分別為40～50 cm、30～40 cm 及8～10 cm 的石塊。防滲要求較高的工程不宜選用防滲效果較差的干砌技術(shù)，應(yīng)使用漿砌塊石。 為保證防滲效果，在使用漿砌塊石時(shí)需在砌石層下方鋪設(shè)厚2～3 cm 的砂料，若防滲漏要求高且渠道規(guī)模大，應(yīng)在砌石下方鋪設(shè)土工膜料層。 在實(shí)際施工過程中，應(yīng)注意以下要點(diǎn)。

1）漿砌料石厚度應(yīng)為15～25 cm，塊石厚度應(yīng)控制在20～30 cm，漿砌石板厚度至少為3 cm，若在寒冷區(qū)域采用該技術(shù)，應(yīng)確保漿砌石板厚度在4 cm 以上。

2）掛淤護(hù)面式防滲層厚度需結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際防滲要求及當(dāng)?shù)厍闆r合理確定，通?？蓪⑵淇刂圃?5～30 cm。

3.3 膜料防滲

膜料防滲技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)為造價(jià)較低、施工便利，不僅防滲效果較好，且具有較強(qiáng)的抗變形能力，主要缺點(diǎn)為該技術(shù)措施下水流速較慢、占地面積較大。 膜料防滲主要包括過渡層防滲結(jié)構(gòu)（見圖1）和無過渡層防滲結(jié)構(gòu)。無過渡層防滲結(jié)構(gòu)僅有保護(hù)層、防滲層和基層，無膜上、膜下過渡層，多用于黏性保護(hù)層、復(fù)合土工膜等防滲工程中；有過渡層防滲結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于巖石、土渠基、現(xiàn)澆碎石混凝土或預(yù)制混凝土為保護(hù)層的防滲工程中。

圖1 有過渡層防滲結(jié)構(gòu)

在膜料防滲施工技術(shù)中， 常用的防滲膜包括土工膜和塑料薄膜兩種。 土工膜厚約0.1～0.4 mm， 主要優(yōu)勢(shì)為耐久性較強(qiáng)、施工簡(jiǎn)單，表面平滑，且工期較短、成本較低，但易老化；塑料薄膜的主要應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是運(yùn)輸便利、成本低、施工簡(jiǎn)單，防滲效果、耐腐蝕性相對(duì)較好，但占地面積較大，渠道水流速相對(duì)較小，使用壽命較短，且維修養(yǎng)護(hù)要求較高。 在防滲膜使用過程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際渠道規(guī)模，合理選擇膜料厚度，中小型渠道可選用深色塑膜，厚約0.2～0.3 mm；規(guī)模較大的渠道應(yīng)選擇厚約0.3～0.6 mm 的深色塑膜[2]。

3.4 土料防滲

土料防滲是應(yīng)用時(shí)間最久的防滲技術(shù)措施， 主要優(yōu)勢(shì)為造價(jià)低、施工便利，但質(zhì)量欠佳，且抗凍性較差，勞動(dòng)力需求較高，其多用于氣候溫暖的中小型渠道中。 土料防滲技術(shù)多應(yīng)用于黏土護(hù)面、土料夯實(shí)、三合土護(hù)面及灰土護(hù)面。 其中三合土護(hù)面中，砂、石灰及黏土之間的比例應(yīng)控制在1∶1∶3～1∶1∶6，夯實(shí)后的防滲層厚度應(yīng)為10～20 cm；灰土護(hù)面中石灰、黏土用料比例應(yīng)控制在1∶3～1∶9。

在實(shí)際應(yīng)用中， 土料防滲技術(shù)影響防滲結(jié)構(gòu)厚度的因素較多，包括渠道斷面形式、渠道水面變化等，且需充分考慮經(jīng)濟(jì)因素，合理確定防滲結(jié)構(gòu)厚度，常用防滲技術(shù)的防滲結(jié)構(gòu)厚度如表1 所示[3]。

表1 常用防滲技術(shù)的防滲結(jié)構(gòu)厚度

4 案例工程防滲漏技術(shù)要點(diǎn)

本案例工程中根據(jù)實(shí)際情況， 渠道襯砌形式選用混凝土現(xiàn)澆，同時(shí)考慮防凍鋪設(shè)墊層，有濕陷性黃土或特殊地段采用復(fù)合土工膜，伸縮縫選用砂漿和膠泥填縫。

現(xiàn)澆混凝土襯砌形式過流能力較好，糙率系數(shù)在0.013～0.015；防滲效果較好，可減少95%的滲漏損失；抗凍脹性一般，梯形斷面凍脹允許位移值5～10 mm；壽命較長，使用年限一般為30～50 年，且單位長度造價(jià)較低。

混凝土澆筑為本工程主要工程項(xiàng)目，混凝土施工順序?yàn)椋涸牧蠈?shí)驗(yàn)→確定配合比→拌和→運(yùn)輸→澆筑→養(yǎng)護(hù)。 在此過程中應(yīng)加強(qiáng)原材料配合比的控制， 確保材料稱重誤差滿足以下要求：水泥±2%，砂石料±3%，水、外加劑±1%。 此外，現(xiàn)場(chǎng)拌和時(shí)間應(yīng)在2 min 以上，并進(jìn)行取樣試驗(yàn)，混凝土澆筑完成12～18 h 后鋪設(shè)混凝土養(yǎng)護(hù)布，并灑水養(yǎng)護(hù)，確?；炷帘砻?8 d 內(nèi)維持濕潤狀態(tài)。

套襯方案為原渠上新增襯砌， 原渠表面較平整時(shí)直接套襯，但渠道因凍脹破壞變形量較大，導(dǎo)致混凝土最小套襯厚度（≥6 cm）無法保證時(shí)，則應(yīng)先對(duì)變形部位拆除處理，然后再套襯。 為保證方案選擇的可靠性， 提出4 種整修率工況分別為20%、40%、60%、80%。 渠道整修后， 采用現(xiàn)澆C20 混凝土套襯，厚度渠底12 cm，渠坡自上而下由10 cm 漸變至12 cm。 套襯后渠道斷面尺寸為渠底寬70 cm，口寬182 cm，渠深58 cm，邊坡1∶0.96。 兩側(cè)渠坡頂部布設(shè)壓頂，寬25 cm，厚8 cm。 渠道縱向每3 m 設(shè)置1 道伸縮縫，縫寬3 cm，縫內(nèi)自上而下依次填充1∶1∶4 瀝青水泥砂漿3 cm，聚氯乙烯膠泥3 cm，聚乙烯閉孔板夾縫6 cm，如圖2 所示。針對(duì)凍脹變形不明顯且現(xiàn)有渠基基本穩(wěn)定， 僅襯砌老化破損的渠道而言， 當(dāng)渠道整修率≤80%時(shí)，宜采用套襯方案；當(dāng)渠道整修率＞80%時(shí)，宜采用拆除重建方案。

圖2 渠道修整套襯方案（單位：cm）

5 結(jié)語

渠道及渠系建筑物防滲漏問題是渠道工程項(xiàng)目中的重難點(diǎn)，長期滲漏會(huì)造成水資源的大量浪費(fèi)，因此，需結(jié)合工程實(shí)際及不同防滲材料、防滲措施特點(diǎn)，充分考量經(jīng)濟(jì)因素影響，因地制宜選用相應(yīng)防滲漏技術(shù)措施。 本文介紹常用的防滲漏技術(shù)措施及其優(yōu)勢(shì)、弊端和適用范圍，包括混凝土、砌石、膜料及土料防滲措施。 在實(shí)際應(yīng)用防滲漏技術(shù)措施時(shí)，可根據(jù)工程實(shí)際， 綜合應(yīng)用復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)， 以此達(dá)到良好的防滲漏效果，進(jìn)而節(jié)約水資源，提高資源利用率。